大一工科基础化学总复习PPT学习教案

1、会计学1大一工科基础化学总复习大一工科基础化学总复习Ch 2 物质结构物质结构第1页/共63页n = 1，l = 0，m = 0 (1s)n = 2， l = 0，m = 0 (2s)l = 1，m = -1(2py ) m = 0(2pz )m = 1(2px )n = 3，l = 0，m = 0 (3s )l = 1，m = -1 (3py )m = 0 (3pz )m = 1 (3px )m = -2 (3dxy )m = -1 (3dyz ) m = 0 (3dz2 ) m = 1 (3dxz ) m = 2 (3dx2-y2 )l = 2, n: 1, 2, .正整数正整数l: 0,

2、 1, 2, n-1 s p dm: 0,1, l第2页/共63页下列各层或轨道可以填充多少个电子：下列各层或轨道可以填充多少个电子：（1）一个轨道）一个轨道（2）主量子数为）主量子数为n的一个壳层的一个壳层（3）量子数为）量子数为n和和l的一个亚层的一个亚层2n22(2l+1)2第3页/共63页b.最低能量原则：核外电子分布尽可能优先占据能量最低能量原则：核外电子分布尽可能优先占据能量较较 低的轨道。低的轨道。c.洪特规则：在能量相等的轨道上，自旋平行的电子数洪特规则：在能量相等的轨道上，自旋平行的电子数目最多时，原子的能量最低，电子尽可能自旋平行目最多时，原子的能量最低，电子尽可能自旋平行

3、地多占据不同的轨道。地多占据不同的轨道。第4页/共63页若某元素原子的最外层只有若某元素原子的最外层只有1个电子，其量子数为个电子，其量子数为n = 4, l = 0, m = 0, ms = + (或或- )。符合上述条。符合上述条件的元素有哪几种？写出相应元素的电子排布件的元素有哪几种？写出相应元素的电子排布式。它们属于第几周期？哪一族？哪一元素分式。它们属于第几周期？哪一族？哪一元素分区？区？2，8，8，1 19 K 1s22s22p63s23p64s1 第第4周期周期, IA, s区区 2，8，13，1 24 Cr 1s22s22p63s23p63d 54s1第第4周期周期, VIB,

4、 d区区2，8，18，1 29 Cu 1s22s22p63s23p63d104s1第第4周期周期, IB, ds区区第5页/共63页若某元素最高化合价为若某元素最高化合价为6，最外层电子数为，最外层电子数为1，原，原子半径是同族元素中最小的，试写出：子半径是同族元素中最小的，试写出：（1）电子排布式）电子排布式（2）外层电子排布式）外层电子排布式（3）3价离子的外层电子排布式价离子的外层电子排布式（1）电子分布式）电子分布式24 Cr 1s22s22p63s23p63d54s1含有含有4s1（2）外层电子分布式）外层电子分布式3d54s1（3）3价离子的外层电子分布式价离子的外层电子分布式 3

5、d3第6页/共63页原子半径的数值与原子的聚集状态、键的类型以及测量手段有关。原子半径的数值与原子的聚集状态、键的类型以及测量手段有关。原子半径原子半径 半径减小半径减小 He 半半 径径 增增 大大 Cs 原子半径的变化一般规原子半径的变化一般规律律第7页/共63页反常：反常：Be与与B, Mg与与Al， ns2 ns2np1 N与与O, P与与S, As 与与Se: ns2np3 ns2np4 第8页/共63页 电电 负负 性性 增增 大大 电电 F 电电 负负 负负 性性 性性 减减 增增 小小 Cs 大大 电电 负负 性性 减减 小小第9页/共63页1. 离子键的离子键的本质本质是是库

6、仑静电作用力库仑静电作用力 F = q+ q- /R2 q+ 、q- 为离子所带电荷为离子所带电荷, , R为离子核间距为离子核间距。 2. 离子键的离子键的特点特点：既无方向性，也无饱和性：既无方向性，也无饱和性。 离子化合物是由正负离子通过离子键相互离子化合物是由正负离子通过离子键相互 交替连结而成的晶体结构。交替连结而成的晶体结构。第10页/共63页共价键形成的原理共价键形成的原理(1)电子配对原理电子配对原理: 单电子配对单电子配对(2) 原子轨道最大重叠原理原子轨道最大重叠原理: 同号轨道才同号轨道才能实行有效重叠。能实行有效重叠。(3) 能量最低原理能量最低原理+成键成键+不成键不

7、成键第11页/共63页 共价键具有方向性共价键具有方向性+ 共价键具有饱和性共价键具有饱和性+共价键方向性共价键方向性共价键饱和性共价键饱和性第12页/共63页共价键的键型共价键的键型 键：头碰头方式重叠键：头碰头方式重叠 键：肩并肩方式重叠键：肩并肩方式重叠p-p 键键第13页/共63页杂化轨道理论杂化轨道理论杂化杂化：为提高成键能力使分子更稳定，不同类型的原：为提高成键能力使分子更稳定，不同类型的原子轨道趋向于重新组合成具有不同能量、形状、方向子轨道趋向于重新组合成具有不同能量、形状、方向的新原子轨道。的新原子轨道。轨道杂化特征轨道杂化特征：(1)能量相近能量相近 (ns-np);(2)成

8、键能力增强成键能力增强;(3)轨道数目前后相同轨道数目前后相同;(4)轨道空间取向不同轨道空间取向不同.+ +第14页/共63页杂化类型杂化类型spsp2等性等性sp3不等性不等性 sp3不等性不等性 sp3用于杂化用于杂化的原子轨的原子轨道数道数23444 杂化杂化轨道数轨道数23444空间空间构型构型直线型直线型 平面平面三角形三角形四面体四面体三角三角锥形锥形V 字型字型实例实例BeCl2 BF3CH4NH3H2O第15页/共63页分子分子杂化形式杂化形式分子构型分子构型分子极性分子极性示例示例AB2sp等性等性 线形线形 非极性非极性 BeCl2AB3sp2等性等性平面三角平面三角 非

9、极性非极性BF3AB2 sp3不等性不等性角型角型 极性极性H2OAB3 sp3不等性不等性三角锥三角锥 极性极性NH3AB4sp3等性等性 正四面体正四面体 非极性非极性CH4第16页/共63页根据杂化轨道理论预测下列分子的空间构型：根据杂化轨道理论预测下列分子的空间构型：SiF4, PCl3, OF2, SiHCl3判断各分子的偶极矩是否为零判断各分子的偶极矩是否为零?SiF4, 正四面体形，偶极矩为正四面体形，偶极矩为0PCl3, 三角锥形，偶极矩不等于三角锥形，偶极矩不等于0OF2, 角形，偶极矩不等于角形，偶极矩不等于0SiHCl3，四面体形，偶极矩不等于，四面体形，偶极矩不等于0第

10、17页/共63页分子间力的性质分子间力的性质能量小：几个能量小：几个几十几十kJ/mol; 近距离的近距离的(作用范围约几百作用范围约几百pm)、无方向性、无饱和性。无方向性、无饱和性。 色散力为主，取向力只在极性很强的分子的分子间作用力中占较大比重。色散力为主，取向力只在极性很强的分子的分子间作用力中占较大比重。分子体积越大，变形性越大，色散力越大。分子体积越大，变形性越大，色散力越大。如：如： F2 Cl2 Br2 I2沸点升高沸点升高分子间作用力对物质性质的影响分子间作用力对物质性质的影响氢键对物质性质的影响氢键对物质性质的影响第18页/共63页下列化合物分子之间是否有氢键？下列化合物分

11、子之间是否有氢键？C2H6, NH3, CH3CH2OCH2CH3, H3BO3, CH3COCH3C2H6, CH3CH2OCH2CH3, CH3COCH3 ：没有：没有NH3, H3BO3,：有：有第19页/共63页ch3 化学热力学化学热力学第20页/共63页U=q+WThe First Law Of Thermodynamics第21页/共63页已知定容反应热：已知定容反应热：qV = U；定压反应热：定压反应热：qp = Up + p(V2 V1)等温过程，等温过程， Up UV，则：则：对于理想气体反应，有：对于理想气体反应，有：qp qV = n2(g)RT n1(g)RT =

12、n(g)RTH U = qp qV = p(V2 V1)小结小结:对于没有气态物质参与的反应或对于没有气态物质参与的反应或n(g) 0的反应，的反应，qV qp对于有气态物质参与的反应，且对于有气态物质参与的反应，且n(g) 0的反应，的反应，qV qp第22页/共63页稳定单质稳定单质反应物反应物标准态标准态生成物生成物标准态标准态 r Hm f Hm (生成物生成物) f Hm (反应物反应物)rHm= f Hm(产物产物) f Hm(反应物反应物) = gf Hm(G,s)+df Hm(D,g) af Hm(A,l)+bf Hm(B,aq) For a reaction：aA(l) +

13、bB(aq) = gG(s) + dD(g)第23页/共63页在绝对零度时，一切纯物质的完美晶体的熵值都等于零。在绝对零度时，一切纯物质的完美晶体的熵值都等于零。S (0 K) = 0热力学第三定律热力学第三定律第24页/共63页熵的性质熵的性质 根据上述讨论并比较物质的标准熵值，可以得出下根据上述讨论并比较物质的标准熵值，可以得出下面一些规律：面一些规律：(1) 对于同一种物质：对于同一种物质： Sg Sl Ss(3) 对于不同种物质：对于不同种物质： S复杂分子复杂分子 S简单分子简单分子(4) 对于混合物和纯净物：对于混合物和纯净物： S混合物混合物 S纯物质纯物质(2) 同一物质在相同

14、的聚集状态时，其熵值随温度的升高而增大。同一物质在相同的聚集状态时，其熵值随温度的升高而增大。 S高温高温S低温低温熵是状态函数，具有加和性熵是状态函数，具有加和性第25页/共63页 G与与 G 的关系的关系化学反应等温方程化学反应等温方程 aA(g) + bB(g) = cC(g) + dD(g)标态标态(T) p p p p任意态任意态(T) pA pB pC pDbBaAdDcCmrmrppppppppRTTGTG)()()()(ln)()( ln)()( mrmrQRTTGTG第26页/共63页 rGm的计算的计算并可由此式近似求得转变温度并可由此式近似求得转变温度Tc rGm(T)

15、rHm(298.15 K) T . rSm(298.15 K)K 15.298()K 298.15(mrmrSHTc因反应的焓变或熵变基本不随温度而变，因反应的焓变或熵变基本不随温度而变，即即 rHm(T) rHm(298.15 K) rSm(T) rSm(298.15 K)可得吉布斯等温方程近似公式：可得吉布斯等温方程近似公式：第27页/共63页若若rGm 0结论结论 ，在给定条件下热分解反应能自发进行，在给定条件下热分解反应能自发进行rGm(383 K)= rGm (383 K) + RT lnp(CO2)/p = 82.24 - 3830.1676 kJ.mol-1 + 8.31410-

16、3kJ.mol-1.K-1383 Kln(30Pa/105Pa) = (18.05-25.83) kJ.mol-1 = -7.78 kJ.mol-1 0 = 82.24-3830.1676+8.31410-3383lnp(CO2)/p 0 lnp(CO2)/p -5.668 p(CO2)/p 0.003453 p(CO2) 345.3 Pa第31页/共63页标准平衡常数标准平衡常数 KbeqBaeqAdeqDceqCppppppppKgdDgcCgbBgaA)()()()()()()()(第32页/共63页多重平衡多重平衡1m,1rlnKRTGC(s) H2O(g)CO(g)H2(g)+2m,

17、2rlnKRTGCO2(g)H2O(g)+CO(g)H2(g)+3m,3rlnKRTG2H2O(g)CO2(g)C(s)+2H2(g)+m,2rm,1rm,3rGGG213KKKC(s)+CO2(g)2CO(g)4m,4rlnKRTGm,2rm,1rm,4rGGG214/ KKK 第33页/共63页解：解：起始时物质的量起始时物质的量/mol 1.2 2.0 0平衡时物质的量平衡时物质的量/mol 0.1 1.45 1.12SO2(g) + O2(g)2SO3(g)反应中物质的量的变化反应中物质的量的变化/mol -1.10 -1.10/2 +1.10平衡时物质的量分数平衡时物质的量分数 x

18、0.10/2.65 1.45/2.65 1.10/2.65 例例 将将 1.2 mol SO2 和和 2.00 mol O2 的混合气体的混合气体, 在在 800K 和和101.325 kPa 的总压力下的总压力下, 缓慢通过缓慢通过 V2O5 催催化剂使生成化剂使生成SO3 ,在恒温恒压下达到平衡后在恒温恒压下达到平衡后, 测得混合测得混合物中生成的物中生成的 SO3为为1.10 mol. 试利用上述实验数据求试利用上述实验数据求该温度下反应该温度下反应 2SO2 + O2 = 2SO3 的的K, rGm 及及SO2 的转化率的转化率, 并讨论温度、总压力高低对并讨论温度、总压力高低对SO2

19、 转化率的转化率的影响影响. 第34页/共63页则平衡分压则平衡分压为：为：kPa 82. 3)65. 2/10. 0 (kPa 325.101)SO()SO(22eqxppkPa 4 .55)65. 2/45. 1 (kPa 325.101)O()O(22eqxppkPa 1 .42)65. 2/10. 1 (kPa 325.101)SO()SO(33eqxpp%100 SO SO SO222的起始量已转化的量平衡时的转化率%7 .91%10020. 110. 1rGm (800 K) = -RT ln K = -8.314 J. K-1. mol-1800 Kln 219 = -3.581

20、04 J. mol-1 2194 .55)82. 3(100) 1 .42(22/ )O(/ )SO(/ )SO(2eq22eq23eqppppppK)O()SO()SO(2eq22eq23eqpppp所以所以第35页/共63页假如改变平衡系统的条件之一假如改变平衡系统的条件之一, , 如浓度、压力或温度如浓度、压力或温度, , 平衡就向能减弱这个改变的方向移动平衡就向能减弱这个改变的方向移动. . 因条件的改变使化学反应从原来的平衡状态转变到新的平衡状态的过程叫化学平衡的移动因条件的改变使化学反应从原来的平衡状态转变到新的平衡状态的过程叫化学平衡的移动. . beqBaeqAdeqDceqC

21、ppppppppKgdDgcCgbBgaA)()()()()()()()(第36页/共63页1/TRSRTHKmrmrlnln K rHm 0吸热反应吸热反应图图3.3 不同热效应时不同热效应时 ln K 与与 1/T 关系图关系图beqBaeqAdeqDceqCmrppppppppKHgdDgcCgbBgaA)()()()()()()()(第37页/共63页第38页/共63页稀溶液的蒸汽压：稀溶液的蒸汽压：p = pA(1-xB) = pAxA一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸汽压下降与溶质的摩尔分数成正比：一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸汽压下降与溶质的摩尔分数成正比：p = pA

22、- p = pA - pA(1-xB) = pAxBTbp = kbpm Tfp = kfpmVant Hoff Law： = cRT第39页/共63页基于蒸气压曲线，可以构筑纯物质的相图。基于蒸气压曲线，可以构筑纯物质的相图。1：水的蒸气压曲线；：水的蒸气压曲线；2：冰的升华压曲线；：冰的升华压曲线；3：冰的熔点曲线：冰的熔点曲线T/Kp22.1MPa647.2373.15273.16101325Pa611Pa临界点临界点液态液态气气 态态固态固态沸点沸点凝固点凝固点三相点三相点12水的相图水的相图 水的临界点水的临界点647.2K 22.1MPa第40页/共63页酸碱理论酸碱理论1) Ar

23、rhenius 酸碱酸碱电离理论电离理论2)Bronsted-Lowry 酸碱质子理论酸碱质子理论3)Lewis 酸碱酸碱电子理论电子理论第41页/共63页c21-当当 很小时，很小时，1- 1，则，则：Kac2，Ka/cceq(H+) = c = KacHA(aq) + H2O H3+O(aq) + A-(aq) c - c c c 第42页/共63页例例 在在0.100 molL-1 HAc溶液中加入一定量固体溶液中加入一定量固体NaAc, 使使NaAc的浓度等于的浓度等于0.100 molL-1, 求该溶液中求该溶液中H+浓度浓度, pH和和HAc的解离度的解离度。解：设已解离的解：设已

24、解离的HAc的浓度为的浓度为x molL-1 HAc = H+ + Ac起始浓度起始浓度/ molL-10.1 0 0.1平衡浓度平衡浓度/molL-1 0.1x x 0.1+x 5a1076. 1/)1 . 0()1 . 0()HAc()Ac()H(cxxcxxccccKc(H+) = x molL-1= 1.76 10-5 molL-1, pH = 4.75%018. 01 . 0/1076. 1/5cx与例与例4.3相比相比, 同离子效应使同离子效应使HAc从从1.34%降为降为0.018%, c(H+)从从1.34 10-3 molL-1 减少到减少到1.76 10-5 molL-1

25、(降低降低76倍倍)。第43页/共63页对同类型的难溶电解质对同类型的难溶电解质, 可用溶度积可用溶度积Ksp的大小来的大小来比较溶解度比较溶解度s的大小。但不同类型的难溶电解质的大小。但不同类型的难溶电解质则不宜直接用溶度积则不宜直接用溶度积Ksp的大小来比较溶解度的大小来比较溶解度s的的大小。如：大小。如：溶度积溶度积 AgCl CaCO3 Ag2CrO4 Ksp 8.710-9 1.5610-10 910-12s 9.410-5 1.2510-5 1.3110-4关系式关系式spKs spKs 34/spKs 第44页/共63页沉淀的溶解沉淀的溶解1)利用酸碱反应利用酸碱反应H2CO3(

26、aq)=CO2(g) + H2O(l)H+CaCO3(s) Ca2+(aq) + CO32-(aq)Fe(OH)3(s) Fe3+(aq) + 3OH-(aq)H2O(l)AgBr(s) Br-(aq) + Ag+(aq) S2O32-Ag(S2O3)23-Cu(OH)2(s) 2OH-(aq) + Cu2+(aq)NH3Cu(NH3)42+第45页/共63页H+H2S(g) 3CuS(s)+8HNO3(稀稀)=3Cu(NO3)2+3S(s)+2NO(g)+4H2O(l) 3HgS+12HCl+2HNO3=3H2HgCl4+3S(s)+2NO(g)+4H2O(l) HgS(s) Hg2+(aq

27、) + S2-(aq) KspHgS(s)=6.4410-53H+H2S(g) HNO3(稀稀) NO(g)第46页/共63页2) 胶体的结构胶体的结构以碘化银胶体为例：以碘化银胶体为例：AgNO3 + KI(过量过量) KNO3 + AgI 过量的过量的 KI 用作稳定剂用作稳定剂 胶团的结构表达式胶团的结构表达式 ：(AgI)m 胶核胶核(AgI)mnI (n-x) K+x- 胶粒胶粒(AgI)mnI (n-x) K+x-xK+ 胶团胶团同一种胶体，胶粒的结构可以因制备方法的不同而不同。同一种胶体，胶粒的结构可以因制备方法的不同而不同。胶体的核心部分是不溶于水的粒子，称为胶体的核心部分是不

28、溶于水的粒子，称为胶核胶核。胶核是电中性的。胶核上吸附了大量离子形成紧密层，称为。胶核是电中性的。胶核上吸附了大量离子形成紧密层，称为胶粒胶粒。由于吸附的正、负离子不相等，因此胶粒带电。胶粒周围分散着与胶粒带相反电荷的离子。由于吸附的正、负离子不相等，因此胶粒带电。胶粒周围分散着与胶粒带相反电荷的离子(自然也有其它离子自然也有其它离子)。胶粒及其带相反电荷的离子构成胶体的基本结构单元。胶粒及其带相反电荷的离子构成胶体的基本结构单元胶团胶团。附图附图3.4 胶体结构示意图胶体结构示意图 胶核胶粒胶团第47页/共63页胶体是热力学不稳定系统。胶体是热力学不稳定系统。但胶体能够长时间不发生沉降而稳定

29、存在，原因主要有：但胶体能够长时间不发生沉降而稳定存在，原因主要有： 胶体粒子的布朗运动。胶体粒子的布朗运动。思考：胶体的稳定性如何？思考：胶体的稳定性如何？ 胶体粒子带有电荷，胶粒之间有很强的相互排斥。胶体粒子带有电荷，胶粒之间有很强的相互排斥。溶剂化作用。溶剂化作用。胶体的稳定性胶体的稳定性第48页/共63页第49页/共63页质量作用定律：质量作用定律：v = k(cA)a(cB)b第50页/共63页 t c零级反应零级反应零级反应的三个特征：零级反应的三个特征：以以 c 对反应时间对反应时间 t 作图作图C（1）c 对对 t 作图为一直线作图为一直线 （2）t1/2 与反应物起始浓度有关与反应物起始浓度有关 （3）速率常数）速率常数 k 的量纲为的量纲为(浓度浓度)(时间时间)-1kdtdc第51页/共63页 tln c一级反应一级反应一级反应的三个特征：一级反应的三个特征：以以 ln c 对反应时间对反应时间 t 作图作图(1) lnc对对t作图为一直线作图为一直线 (2)t1/2与反应物起始浓度无关与反应物起始浓度无关 (3)速率常数速率常数 k 的量纲为的量纲为(时间时间)1kcdtdc第52页/共63页范特霍夫范特霍夫 (J. H. vant Hoff )等压方程式等压方程式. 设某一反应在不同温度设某一反应在不同温度 T1 和和 T2 时的平衡常数分别为时的平衡